三代测序技术及其应用研究进展

通过DNA测序不仅可以更好地认识生命的本质,了解生物的差异性、进化及发展史,而且为重组DNA的研究提供了方向,在疾病诊断及基因分型方面具有非常重要的实用价值。首先从发现DNA是遗传物质开始,简要回顾了第一、二和三代测序技术的整个发展历程,以及各自的优缺点和主要测序技术或平台;其次,重点介绍了由PacBio公司开发的第三代测序典型技术--单分子实时测序技术（SMRT）和ONT纳米孔测序技术的原理、方法和技术流程,并总结了第三代测序技术的应用领域,包括基因组重测序、do novo测序、转录组研究、甲基化检测、与疾病相关的结构变异检测,以及流行病学中病毒准种分析等应用;再次,比较了三代测序技术在转录组测序和表观遗传学研究中的技术优势,第三代测序技术在基因组重复区域或结构变异等研究领域具有非常明显的优势,对多种疾病的研究意义重大,已成为未来重要的精准诊断工具,此外,凭借对重要经济物种遗传信息的解析,育种工作者通过建立基因与性状的关联,对持有优良性状基因的个体进行人工选育,大大缩短了育种年限;最后,对第三代测序技术在医疗、农业、环境等领域的应用前景进行了展望。     

三代测序技术及其应用研究进展

通过DNA测序不仅可以更好地认识生命的本质,了解生物的差异性、进化及发展史,而且为重组DNA的研究提供了方向,在疾病诊断及基因分型方面具有非常重要的实用价值。首先从发现DNA是遗传物质开始,简要回顾了第一、二和三代测序技术的整个发展历程,以及各自的优缺点和主要测序技术或平台;其次,重点介绍了由PacBio公司开发的第三代测序典型技术——单分子实时测序技术(SMRT)和ONT纳米孔测序技术的原理、方法和技术流程,并总结了第三代测序技术的应用领域,包括基因组重测序、do novo测序、转录组研究、甲基化检测、与疾病相关的结构变异检测,以及流行病学中病毒准种分析等应用;再次,比较了三代测序技术在转录组测序和表观遗传学研究中的技术优势,第三代测序技术在基因组重复区域或结构变异等研究领域具有非常明显的优势,对多种疾病的研究意义重大,已成为未来重要的精准诊断工具,此外,凭借对重要经济物种遗传信息的解析,育种工作者通过建立基因与性状的关联,对持有优良性状基因的个体进行人工选育,大大缩短了育种年限;最后,对第三代测序技术在医疗、农业、环境等领域的应用前景进行了展望。     

基于高通量测序技术挖掘分子遗传标记及其在蛋鸡生产中的精准应用

高通量测序技术是研究物种复杂生物性状遗传机制的基础,随着高通量测序技术的不断优化提升,一些与生物表型性状密切相关的基因组变异被精准地挖掘出来,其中包括单核苷酸多态位点(SNP)、小片段的插入或缺失(Indel)、拷贝数变异(CNV)以及结构变异(SV)为代表的分子标记。与传统遗传标记相比较,分子遗传标记具有多态性高、遍布整个基因组、检测手段简单快捷以及成本低廉的特点。通过检测覆盖全基因组范围内的分子标记,利用基因组水平的遗传信息对个体或群体遗传资源进行评估,能够缩短世代间隔、提高选种的准确性,进而在短期内取得较大的遗传进展。作者从高通量测序技术挖掘分子遗传标记角度入手,综述了三代测序技术发展历程和应用领域以及三代分子遗传标记检测技术在蛋鸡种业创新中的应用,并详细阐述了高通量测序技术与分子遗传标记相结合在蛋鸡群体遗传多样性及进化分类、群体遗传图谱的构建和功能基因定位、数量性状形成的遗传机制解析和质量性状形成的遗传机制解析等4个方面的精准应用,以期为蛋鸡基因组选择进入实质应用阶段提供科学依据和指导。     

家畜Y染色体分子遗传多样性研究进展

Y染色体分子遗传多样性研究主要包括Y染色体单核苷酸(Y-SNP)多态性、Y染色体微卫星(Y-STR)多态性及Y染色体基因拷贝数变异(CNV)。Y-SNP和Y-STR多态性分析是研究早期动物起源、驯化历史及迁徙路线的理想技术手段,同样对于研究现代动物的父系遗传多样性与起源也具有非常重要的价值;而CNVs作为一种最近发现的在哺乳动物Y染色体广泛存在的多态性也逐渐受到关注。论文综述了几种重要家畜在Y染色体分子遗传多样性与起源进化方面的研究进展。     

性别决定新说

Y染色体大概是哺乳动物中最为神秘的染色体,因为它是决定雄性表型的染色体。究竟Y染色体上有多少编码基因以及它们各自的功能,尚不清楚,但至少在人的Y染色体发现有个重要的结构基因叫做TDF(睾丸决定因子)基因,科学家认为是这个基因     

全基因组测序在畜禽中应用的研究进展

在基因组研究方面,目前全基因组测序已由第一代测序技术发展到第三代测序技术,全基因组测序与传统方法相比具有更加全面、精准、高效等优势。随着测序技术的发展和费用的降低,全基因组测序（whole genome sequencing,WGS）技术逐渐成为基因组研究应用最广泛的技术。全基因组测序已经在畜禽起源进化、重要经济性状基因挖掘、分子育种等方面取得了诸多成果。通过全基因组重测序,能够发现拷贝数变异（copy number variation,CNV）及单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）变异,丰富现有的CNV和SNP数据库,为抗病、生长、食欲、代谢调节、表型、环境适应机制及重要经济性状基因的分析提供重要数据。作者针对全基因组测序技术在主要畜禽上的研究进展,综述了全基因组测序在畜禽的品种遗传多样性、群体演变机制、功能基因挖掘等研究中的应用,并探讨了全基因组测序存在的问题,旨在为畜禽种质资源保护和分子育种实践提供参考。     

单分子测序技术在畜禽科学研究中的应用

单分子测序也称为第三代测序，是近年发展起来的新一代测序技术。单分子测序代表性技术主要有PacificBiosciences公司的单分子实时测序和OxfordNanopore公司的单分子纳米孔测序技术。与第一代和第二代测序技术相比，新一代测序技术具有单分子测序、超长读长以及RNA也可直接测序等特点，为科学研究提供了更大的便利。本文概述了单分子测序技术的基本原理和特点，总结了其在畜禽遗传育种、畜禽病原微生物研究、有益微生物开发和畜禽产品检测中的应用现状，以期为单分子测序技术在畜禽科学中更广泛地应用提供参考。     

禽类性染色体的进化及其在性别决定中的应用

众所周知，在哺乳动物中，Y染色体对雄性发育起着决定作用，在20世纪90年代，发现了性别决定区Y连锁基因SKY(Sex-determining region Y-linked gene)，到目前为止，已在大多数哺乳动物Y染色体发现了SRY基因，从而将睾丸决定因子研究引入微观领域。性别决定可能是SKY基因为主导，X、Y连锁的基因参与的常染色体编码的蛋白质联级反应，从而使个体向雄性发育，但是SKY基因只能在哺乳动物的性     

绵羊Y染色体基因鉴定及其与父系起源的研究进展

绵羊是世界上主要的畜种资源之一,也是较早被驯化的家养动物。从遗传学角度看,Y染色体基因标记为家畜的起源和多样性提供了重要信息,并对常染色体、X染色体及线粒体DNA的信息进行了重要的补充。由于Y染色体含有大量的重复序列,造成它的基因组测序和组装极其困难,目前尚没有完整的绵羊Y染色体序列。根据灵长类Y染色体测序的启示,国内外相关研究在绵羊上鉴定了一些Y染色体DNA片段和分子标记,为我们更好的理解绵羊的父系起源起到了很大的作用。本文主要对绵羊Y染色体雄性特异区基因的鉴定、YSNPs等遗传标记的筛选以及它们与绵羊父系遗传多样性及父系起源等方面的研究进行概述,为进一步对绵羊起源、家系判定等方面研究提供理论依据。     

第三代测序技术的方法原理及其在生物领域的应用

在自然界中,生物DNA的碱基序列包含着生物体中绝大多数的遗传信息,破译这些碱基序列就成了探索生命奥秘的至关重要的课题。随着第二代测序技术(Next-Generation Sequencing,NGS)的发展和应用,其弊端正在显现,而第三代单分子测序技术在一定程度上可以弥补NGS技术在应用中的一些不足。本文阐述了第三代单分子测序技术的2个测序原理,介绍其在基因组、转录组、表观遗传学等方面的应用现状,同时对其未来发展进行展望。     

Lack of evidence for bovine Y-chromosomal variation in beef traits. A Bayesian analysis of Simmental data

Y-chromosomal loci are genetically responsible for some male-specific biological processes. The sex determining region Y (SRY), a protein with DNA-binding activity, is known as the trigger for sex differentiation in mammals. In humans the SRY is encoded by a single exon located on the short arm of the Y chromosome, close to the pseudoautosomal boundary (S inclair et al. 1990). Moreover, the Y chromosome harbours the male-specific histocompatibility antigen (reviewed by S impson et al. 1997) and there are at least two regions of the Y chromosome, which have been shown to be essential for normal spermatogenesis in mice (E lliott and C ooke 1997). The sexual dimorphism of aggression in mice has led to a search for its foundation on the Y chromosome. The existence of Y-chromosomal genetic variation for aggressiveness with genetic factors borne both on the pseudoautosomal (YPAR) and on the nonpseudoautosomal (YNPAR) region of the Y chromosome (S luyter et al. 1996) has been shown. Another example for Y-induced genetic variation in mice is the testis autosomal trait (occurrence of ovaries or ovotestes in XY animals), which is observed when specific Y chromosomes interact with the autosomal background of certain laboratory mouse lines (E isner et al. 1996). A comparison of the resemblance of different types of relatives indicated a nonzero Y-chromosomal variance for body weight in mice (B& uuml ; nger et al. 1995). In cattle the Y chromosomes of the Bos taurus and Bos indicus subspecies can be morphologically distinguished: its shape is submetacentric in B. taurus and acrocentric in B.indicus. This difference is caused by a pericentric inversion (G oldammer et al. 1997) and has frequently been used to investigate the introgression of zebu genes into B. taurus breeds. The polymorphism of the bovine Y chromosome itself and the results of mouse research both direct the scientific curiosity on the possible contribution of the bovine Y chromosome to quantitative genetic variation in cattle, a question which, to the authors’ knowledge, has not been investigated before. In this paper we first discuss the contribution of autosomal, imprinted, and sex-linked genes to the resemblance of full and half sibs and then present a Bayesian estimation of a Y-chromosomal variance component for each of four beef traits in young Simmental bulls using mixed linear and threshold models.     

哺乳动物精子分离技术研究进展

精子分离是控制动物性别简单而有效的方法之一,本文综述了X、Y精子分离的生物学基础,分离方法及其应用效果的研究进展,并阐述了精子分离技术存在的问题及其发展前景。     

Y are you not pregnant: identification of Y chromosome segments in female cattle with decreased reproductive efficiency

Reproductive efficiency is of economic importance in commercial beef cattle production, since failure to achieve pregnancy reduces the number of calves marketed. Identification of genetic markers with predictive merit for reproductive success would facilitate early selection of females and avoid inefficiencies associated with sub-fertile cows. To identify regions of the genome harboring variation affecting reproductive success, we applied a genome-wide association approach based on the >700,000 SNP marker assay. To include the largest number of individuals possible under the available budget, cows from several populations were assigned to extremes for reproductive efficiency, and DNA was pooled within population and phenotype before genotyping. Surprisingly, pools prepared from DNA of low reproductive cattle returned fluorescence intensity data intermediate between fertile females and males for SNP mapped to the Y chromosome (i.e., male sex chromosome). The presence of Y-associated material in low reproductive heifers or cows was confirmed by Y-directed PCR, which revealed that 21 to 29% of females in the low reproductive category were positive by a Y chromosome PCR test normally used to sex embryos. The presence of the Y chromosome anomaly was further confirmed with application of additional Y-specific PCR amplicons, indicating the likelihood of the presence of some portion of male sex chromosome in female cattle in various beef cattle herds across the U.S. Discovery of this Y anomaly in low reproductive females may make an important contribution to management of reproductive failures in beef cattle operations.     

奶牛X、Y精子分离及胚胎性别鉴定技术的研究进展

近年来,奶牛胚胎移植技术的大范围推广应用,大幅度提高了国内外奶牛产业的发展速度。随着奶牛X、Y精子分离技术和性别鉴定的进一步研究,可以通过人为地干预或操作,使母牛按照人们的愿望繁殖所需的高产母牛犊,让特定品质的奶牛发挥自己的优势,对畜牧生产意义深远。笔者对该项技术的研究进展和应用前景作以总结,以供参考。     

BMP15基因在哺乳动物中的研究进展

 论文综述了BMP15的结构和功能,BMP15基因的结构和染色体定位,并对BMP15基因在哺乳动物中的多态性及其对繁殖性状的影响进行简要的阐述。     

宏基因组学在哺乳动物肠道微生物中的应用

哺乳动物的肠道内栖息着庞大复杂的微生物群体，其微生物群体与宿主的消化吸收、物质的营养代谢和免疫功能密切相关，是影响机体健康的重要因素之一。随着分子生物学技术在肠道微生物领域的应用，特别是新一代测序技术的快速发展，使得人们对复杂的肠道微生物的研究更加深入。基于宏基因组学技术不仅能够研究肠道微生物组的多样性、揭示消化道微生物对宿主生理代谢的影响，还能进一步深入挖掘新的功能基因，并揭示宿主基因与微生物组间的互作关系和共同进化。作者综述了宏基因组学技术在哺乳动物肠道微生物中的主要应用和存在的不足，并展望了其在肠道微生物研究中的广阔应用前景，从而加深人们对肠道微生物影响宿主肠道健康作用的认识。     

紫花苜蓿离体组织染色体加倍技术及在育种中的应用

通过与传统的染色体加倍技术相比较,概述了用秋水仙素诱发离体组织染色体加倍的优点和具体的染色体加倍技术,探讨了秋水仙素诱发形成多倍体的细胞学机制,多倍体的鉴定方法,最后简述了染色体加倍技术在紫花苜蓿育种中的应用。     

测序技术的研究进展

基因组测序技术是一种分子生物学及其相关学科研究中最常用的技术。从20世纪70年代中期第一代测序技术出现以来,基因组测序技术已取得了重大进展,并改变了生命科学诸多领域的研究面貌。测序成本的急剧下降,测序通量呈指数提高,使得测序速度大大提升。DNA和RNA是生命体的2个基本遗传物质,其组成和序列变化创造了形形色色的生命世界。快速、准确地获取生物体的遗传信息对于生命科学的研究具有重要意义,测序技术能够真正地反映基因组、遗传信息转录,全面地揭示基因组的复杂性和多样性,在生命科学研究中起着重要的作用。综述了各代测序技术的发展成果、测序原理、测序优缺点、国内研究现状,并对测序技术未来的发展方向进行了展望。     

性别控制技术的研究与应用进展

性别控制指通过人为干预使动物的繁育按照人们所希望的性别繁殖后代的技术。随着畜牧业生产智能化的迅速发展,高效准确的性别调控技术成为提高畜禽生产经济效益的重要研究方向。本文主要综述了性别分化调控、性别反转和X、Y精子分离技术,以期促进畜牧业养殖性别控制技术的发展和应用。